知识课堂丨基于EDI原理的运维浅析

知识课堂丨基于EDI原理的运维浅析

EDI设备在除盐水工艺中产水水质高，推动离子跨膜不依靠压差而依靠电力，又具有无需加药无需反洗可长期连续运行的优点。实践中，部分运维工作者在管理除盐水系统的过程中将EDI作为一个“黑箱系统”，采用粗放的管理模式，出现轻微异常时未能及时调整运维参数与排查原因，导致系统最终出现严重故障。本文对EDI的工作原理进行简单介绍，通过结合原理与运行故障分析的方式使读者面对EDI系统敢于管理、能于管理，最终实现对EDI系统高效的运维，保障EDI产水的稳定，延长EDI设备寿命。

EDI技术概述

EDI是英文“Electro-de-ionization”的缩写，中文译为电去离子或电除盐。是一种离子交换树脂和电渗析的组合工艺。与传统的电渗析工艺相比，EDI因为模块中装填树脂又被称为“填充床电渗析”。相较于常规离子交换工艺，该技术通过施加电场实现连续去离子过程而被称为“连续电除盐技术”。EDI是通过离子交换树脂吸附淡水流中的阴，阳离子，同时在电场作用下将被吸附的阴，阳离子分别通过电迁移透过阴，阳离子交换膜至浓水流的连续膜分离过程。该过程的结果是淡水流中离子被去除，而浓水流中离子被富集。EDI是80年代开始逐渐发展起来的新型超纯水制备技术，是纯水生产技术史上的一次革命性的进步。随着近年来大产水量EDI模块在大型除盐水项目上稳定运行，EDI系统的投资成本显著下降，使其成为了大规模高纯水、超纯水制备项目的主流选择。以全球规模最大的全膜法除盐水项目为例，该项目位于江苏，其EDI系统总产水量近8000t/h，全部采用单台产水量8t/h的EDI模块，项目分两期建设，其中一期工程已于2022年建成投运，并持续保持安全稳定运行。

图1，江苏某除盐水系统-EDI总出力近8000m³/h，全部使用Electropure®（伊乐科）的大流量EDI模块

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EDI模块结构及工作原理

尽管不同厂商的EDI设备在具体结构和管道配置方面存在一定差异，但所有EDI系统均可划分为以下四个核心功能单元，而EDI运维的核心内容就是保持它们的正常运转：

电场发生系统：由直流电源和电极组成，为离子迁移提供稳定的电势梯度；
淡水室：作为核心处理单元，在电场作用下依靠离子交换树脂与离子交换膜实现水体的连续去离子过程；
浓水室：接收并排出来自淡水室的迁移离子，维持系统的离子平衡；
极水室：直接与电极接触，具有双重功能：（a）维持系统导电回路；（b）通过连续水流带走电极反应产生的热量。
图2，EDI模块拆分示意图

EDI运行要点

1、保持定期记录

定期记录是运维的基础，运营期的EDI设备故障几乎都来自于不合理参数的日积月累。定期记录可以帮助运行人员以及EDI售后人员及时判断故障源头，避免大故障的发生。定期记录的内容应当尽可能覆盖下文中所提到的内容，其中流量、电导率、pH、进出水压力、电压、电流尤其重要。2、合理的进水水质

EDI进水水质对于其运行效率至关重要，水质稳定并且良好可以有效保证EDI的产水品质。水质参数主要分为两个大类：一种是离子负荷类会导致EDI系统不同程度的暂时失效，另一种是污染结垢类会导致EDI系统损坏。离子负荷类指标主要包括当量电导率（FCE）、pH、CO₂，污染结垢类指标则多指硬度、重金属（例如铁、锰）、氧化剂、有机物和颗粒物等。

3、合理的水流量

EDI模块的水流量可以起到冷却模块的作用，如果水流量（尤其是极水）过低，则可能造成模块内部局部配件受热变形，以至模块烧损；如果淡水流量过高，可能造成模块运行负荷增大，浓水发生结垢，系统难以稳定运行，不能制备高质量的产品水；如果浓水、极水流量过高，则有可能影响模块导电能力，降低模块离子迁移能力。

4、合理的进水压力、压差、水温

EDI系统运行时应当保证淡水、浓水、极水压力降在合理的范围之内，不同的出力对应不同的压力范围。除了极端压力导致模块结构变形以外，过高的压力也可能导致离子交换膜串流或者树脂破碎。

在流量不变的情况下：压力过高的现象也可能表征着模块或者管路上有堵塞需要清理排查；如果压力过低，则可能表征着泄漏或者模块内树脂损坏流失。

此外，EDI运行还需要合理的水温。水温过低会导致水体粘度增大，内阻升高，因此会需要更高的压差和更高的电压，导致能耗增加，使模块处理能力下降。

5、合理的工作电压、电流

EDI运行需要合适的电压（以及相应的电流）来促使淡水中离子迁移至浓水。各型号的模块工作电压、设计电压（或者电流）按照不同型号对应的参数进行设置，保证其值在合理的范围之内。电压过低导致离子迁移相对不活跃，会降低模块的处理能力。电压过高虽然可以使离子迁移更活跃，但是也可能引发水的电解，浪费能源。

实际运行过程中，根据EDI的进水水质调整外加电压（或电流）参数，以寻求最合理的电压电流保证较高电阻产水。

故障和排查

EDI模块常见的故障主要分为三类：a.产水电阻率偏低；b.产水流量下降；c.模块漏水。

当出现这些故障时，可分别按照下列表1、表2和表3中的方法尝试解决。如果尝试了某个解决办法而故障没有解决，说明该故障并不是由对应原因引起。1.产水电阻率偏低的故障排查

表一 EDI产水电阻率偏低的故障排查

2.产水流量下降的故障排查

表二 EDI产水流量下降的故障排查

3.EDI模块漏水的故障排查

表三 EDI模块漏水的故障排查

案例分析

接下来本文将用一个实际案例说明如EDI原理是如何指导运维工作开展的。该项目为某发电项目配套除盐水系统，系统单套出水为200t/h，设计产水电导率要求≤0.15μS/cm。本项目于24年3月左右完成EDI模块的安装调试，产水电导率0.07~0.08μS/cm。在项目安装调试完成后，厂商进行了多次回访并记录现场运维情况，下表为回访时EDI系统运行情况：

表四 EDI系统调试结果

本项目安装调试后运行基本稳定，回访时，运维人员反映EDI产水电导率偶尔突然升高至0.13μS/cm左右。这种情况虽然仍然符合设计标准要求，但对于EDI模块运行并非良好状态。根据表1所述程序进行排查操作运行参数、进水水质参数、DC电源及电气控制系统等情况。单独检查每个模块情况以后发现模块通电状况良好，产水电导率均较差，因此排除电源问题，同时出于对EDI模块厂商较好良品率的信任以及项目安装运行时间较短（半年左右），也基本排除非EDI模块本身问题。在着重对进水记录分析之后发现，本项目原水为厂区水务公司供水与厂区杂用水，采用不同预处理后接入除盐水系统，其中杂用水处理之后水质较差，调试期间两股水比例经常波动，导致模块发生部分失效，产水电导率不合格。稳定进水水质之后，EDI系统产水水质基本恢复。后续8月中旬时项目试验原水以杂用水为主的情况下EDI的表现，试验情况下原水电导率大幅上涨。此时考虑到负荷较高，按照表1的参数设置部分，降低了回收率，最终使EDI系统产水水质仍然保持在合格范围内。此后项目设置了较稳定合理的原水混合比例， EDI系统产水稳定。本项目虽然调试期多次出现电阻率下降的故障问题，但是通过充分的数据记录、有条理的排查，结合EDI厂商和承建水处理工程公司的及时服务，实现了EDI系统故障的早期排除，使得系统能够保持安全、稳定运行。

总结

经过近40年的技术进步和市场考验，EDI已成为大规模超纯水制备的工艺主流设备。提高运维人员对EDI技术与设备的理解，加强与设备厂商的密切沟通，积极、及时排查运行中出现的参数异常和问题，将故障排除在早期形成阶段，对保障产水水量与质量，节省运行成本和延长设备寿命是非常重要的。

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